ฐานหินแกรนิตสามารถขจัดความเครียดจากความร้อนสำหรับอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์เวเฟอร์ได้หรือไม่

ในกระบวนการผลิตบรรจุภัณฑ์เวเฟอร์ที่ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่ซับซ้อนและแม่นยำ ความเครียดจากความร้อนเปรียบเสมือน "ผู้ทำลาย" ที่ซ่อนตัวอยู่ในความมืดมิด คุกคามคุณภาพของบรรจุภัณฑ์และประสิทธิภาพของชิปอย่างต่อเนื่อง ตั้งแต่ความแตกต่างของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนระหว่างชิปและวัสดุบรรจุภัณฑ์ ไปจนถึงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรงระหว่างกระบวนการบรรจุภัณฑ์ เส้นทางการเกิดความเครียดจากความร้อนมีความหลากหลาย แต่ล้วนชี้ให้เห็นถึงผลลัพธ์ของการลดอัตราผลผลิตและส่งผลกระทบต่อความน่าเชื่อถือในระยะยาวของชิป ฐานหินแกรนิตที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวของวัสดุ กำลังค่อยๆ กลายเป็น "ตัวช่วย" ที่มีประสิทธิภาพในการจัดการกับปัญหาความเครียดจากความร้อน
ปัญหาความเครียดจากความร้อนในบรรจุภัณฑ์เวเฟอร์
บรรจุภัณฑ์เวเฟอร์เกี่ยวข้องกับการทำงานร่วมกันของวัสดุหลายชนิด โดยทั่วไปชิปจะประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ซิลิคอน ในขณะที่วัสดุบรรจุภัณฑ์ เช่น วัสดุบรรจุภัณฑ์พลาสติกและวัสดุรองรับ มีคุณภาพแตกต่างกันไป เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงในระหว่างกระบวนการบรรจุภัณฑ์ วัสดุแต่ละชนิดจะมีระดับการขยายตัวและการหดตัวเนื่องจากความร้อนแตกต่างกันอย่างมาก เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (CTE) แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ยกตัวอย่างเช่น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของชิปซิลิคอนอยู่ที่ประมาณ 2.6 × 10⁻⁶/℃ ในขณะที่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของวัสดุขึ้นรูปเรซินอีพอกซีทั่วไปสูงถึง 15-20 × 10⁻⁶/℃ ช่องว่างขนาดใหญ่นี้ทำให้ระดับการหดตัวของชิปและวัสดุบรรจุภัณฑ์ไม่ตรงกันในระหว่างขั้นตอนการระบายความร้อนหลังจากบรรจุภัณฑ์ ก่อให้เกิดความเค้นความร้อนสูงที่รอยต่อระหว่างทั้งสอง ภายใต้อิทธิพลของความเค้นความร้อนอย่างต่อเนื่อง เวเฟอร์อาจบิดงอและเสียรูปได้ ในกรณีที่รุนแรง อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องร้ายแรง เช่น รอยแตกของชิป รอยเชื่อมแตก และรอยแยกของอินเทอร์เฟซ ส่งผลให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของชิปเสียหายและอายุการใช้งานลดลงอย่างมาก จากสถิติของอุตสาหกรรม พบว่าอัตราความบกพร่องของบรรจุภัณฑ์เวเฟอร์ที่เกิดจากปัญหาความเค้นจากความร้อนอาจสูงถึง 10% ถึง 15% ซึ่งกลายเป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดการพัฒนาที่มีประสิทธิภาพและคุณภาพสูงของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

ข้อดีที่เป็นลักษณะเฉพาะของฐานหินแกรนิต
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ: หินแกรนิตประกอบด้วยผลึกแร่ เช่น ควอตซ์และเฟลด์สปาร์เป็นหลัก และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำมาก โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 0.6 ถึง 5×10⁻⁶/℃ ซึ่งใกล้เคียงกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของชิปซิลิคอน คุณสมบัตินี้ช่วยให้อุปกรณ์บรรจุภัณฑ์เวเฟอร์สามารถช่วยลดความแตกต่างของการขยายตัวทางความร้อนระหว่างฐานหินแกรนิตกับชิปและวัสดุบรรจุภัณฑ์ได้อย่างมาก แม้ในขณะที่อุณหภูมิมีการเปลี่ยนแปลง ตัวอย่างเช่น เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 10℃ ขนาดของแพลตฟอร์มบรรจุภัณฑ์ที่สร้างบนฐานหินแกรนิตจะลดลงมากกว่า 80% เมื่อเทียบกับฐานโลหะแบบดั้งเดิม ซึ่งช่วยลดความเครียดจากความร้อนที่เกิดจากการขยายตัวและหดตัวทางความร้อนแบบอะซิงโครนัสได้อย่างมาก และสร้างสภาพแวดล้อมการรองรับที่เสถียรยิ่งขึ้นสำหรับเวเฟอร์
เสถียรภาพทางความร้อนที่ยอดเยี่ยม: หินแกรนิตมีเสถียรภาพทางความร้อนที่โดดเด่น โครงสร้างภายในมีความหนาแน่นสูง และผลึกถูกยึดติดอย่างแน่นหนาด้วยพันธะไอออนิกและพันธะโควาเลนต์ ทำให้การนำความร้อนภายในเป็นไปอย่างช้าๆ เมื่ออุปกรณ์บรรจุภัณฑ์มีวัฏจักรอุณหภูมิที่ซับซ้อน ฐานหินแกรนิตสามารถยับยั้งอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่มีต่อตัวมันเองได้อย่างมีประสิทธิภาพ และรักษาระดับอุณหภูมิให้คงที่ การทดลองที่เกี่ยวข้องแสดงให้เห็นว่าภายใต้อัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิทั่วไปของอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ (เช่น ±5℃ ต่อนาที) ความเบี่ยงเบนของความสม่ำเสมอของอุณหภูมิพื้นผิวของฐานหินแกรนิตสามารถควบคุมได้ภายใน ±0.1℃ หลีกเลี่ยงปรากฏการณ์ของความเข้มข้นของความเค้นความร้อนที่เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิเฉพาะจุด ทำให้มั่นใจได้ว่าแผ่นเวเฟอร์อยู่ในสภาพแวดล้อมทางความร้อนที่สม่ำเสมอและมีเสถียรภาพตลอดกระบวนการบรรจุภัณฑ์ และลดแหล่งที่มาของความเค้นความร้อน
ความแข็งแกร่งสูงและการลดการสั่นสะเทือน: ในระหว่างการทำงานของอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์เวเฟอร์ ชิ้นส่วนกลไกที่เคลื่อนไหวภายใน (เช่น มอเตอร์ อุปกรณ์ส่งกำลัง ฯลฯ) จะก่อให้เกิดการสั่นสะเทือน หากการสั่นสะเทือนเหล่านี้ถูกส่งไปยังเวเฟอร์ จะทำให้ความเสียหายที่เกิดจากแรงเค้นความร้อนบนเวเฟอร์รุนแรงขึ้น ฐานหินแกรนิตมีความแข็งแกร่งสูงและความแข็งสูงกว่าวัสดุโลหะหลายชนิด ซึ่งสามารถต้านทานการรบกวนจากแรงสั่นสะเทือนภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกัน โครงสร้างภายในที่เป็นเอกลักษณ์ทำให้มีประสิทธิภาพในการลดการสั่นสะเทือนที่ยอดเยี่ยมและช่วยให้สามารถกระจายพลังงานการสั่นสะเทือนได้อย่างรวดเร็ว ข้อมูลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าฐานหินแกรนิตสามารถลดการสั่นสะเทือนความถี่สูง (100-1000 เฮิรตซ์) ที่เกิดจากการทำงานของอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ได้ 60% ถึง 80% ช่วยลดผลกระทบจากการสั่นสะเทือนและแรงเค้นความร้อนได้อย่างมาก และยังช่วยให้บรรจุภัณฑ์เวเฟอร์มีความแม่นยำสูงและเชื่อถือได้
ผลการประยุกต์ใช้จริง
ในสายการผลิตบรรจุภัณฑ์เวเฟอร์ของบริษัทผลิตเซมิคอนดักเตอร์ชื่อดังแห่งหนึ่ง หลังจากนำอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ที่ใช้ฐานแกรนิตมาใช้ ได้สร้างความสำเร็จอันน่าทึ่ง จากการวิเคราะห์ข้อมูลการตรวจสอบเวเฟอร์ 10,000 ชิ้นหลังการบรรจุ ก่อนนำฐานแกรนิตมาใช้ พบว่าอัตราข้อบกพร่องจากการโก่งงอของเวเฟอร์ที่เกิดจากความเครียดจากความร้อนอยู่ที่ 12% อย่างไรก็ตาม หลังจากเปลี่ยนมาใช้ฐานแกรนิต อัตราข้อบกพร่องลดลงอย่างรวดเร็วเหลือเพียง 3% และอัตราผลผลิตเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ การทดสอบความน่าเชื่อถือในระยะยาวยังแสดงให้เห็นว่าหลังจากผ่านการใช้งานที่อุณหภูมิสูง (125°C) และอุณหภูมิต่ำ (-55°C) 1,000 รอบ จำนวนจุดบัดกรีที่ล้มเหลวของชิปที่ใช้ฐานแกรนิตลดลง 70% เมื่อเทียบกับฐานแกรนิตแบบเดิม และเสถียรภาพด้านประสิทธิภาพของชิปก็ดีขึ้นอย่างมาก

ในขณะที่เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์กำลังพัฒนาไปสู่ความแม่นยำที่สูงขึ้นและขนาดที่เล็กลง ข้อกำหนดในการควบคุมความเค้นความร้อนในบรรจุภัณฑ์เวเฟอร์จึงเข้มงวดยิ่งขึ้น ฐานแกรนิตซึ่งมีข้อได้เปรียบที่ครอบคลุมในด้านค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ เสถียรภาพทางความร้อน และการลดการสั่นสะเทือน ได้กลายเป็นตัวเลือกสำคัญสำหรับการปรับปรุงคุณภาพของบรรจุภัณฑ์เวเฟอร์และลดผลกระทบจากความเค้นความร้อน แกรนิตมีบทบาทสำคัญเพิ่มมากขึ้นในการสร้างหลักประกันการพัฒนาอย่างยั่งยืนของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์